Structure-formation and Vertical Turbulent Exchange in the Coastal Area of the Sevastopol Region

Samodurov, A. S.; Chukharev, A. M.; Zubov, A. G.; Pavlenko, O. I.

doi:10.22449/0233-7584-2015-6-3-16

Cited by 3 publications

(3 citation statements)

References 6 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…В последнее десятилетие с помощью указанных моделей на основе богатого экспериментального материала нами был получен ряд важных результатов, характеризующих особенности вертикальной турбулентной диффузии в верхних стратифицированных слоях Черного моря [30][31][32][33]. Экспериментальные данные, собранные во время экспедиций на НИС «Профессор Водяницкий» с 2016 по 2018 г., позволили на основе теоретической модели [34] развить представления о закономерностях вертикальной турбулентной диффузии в основном пикноклине.…”

Section: турбулентный обмен в стратифицированных слоях черного моряunclassified

Basic Regularities of Vertical Turbulent Exchange in the Mixed and Stratified Layers of the Black Sea

Samodurov¹,

Chukharev²,

Kazakov³

2021

MGZh

View full text Add to dashboard Cite

Purpose. The purpose of the study is to assess the coefficient of vertical turbulent exchange for different layers of the Black Sea basin based on the experimental data on microstructure of the physical fields obtained for the period 2004–2019 in the Black Sea and using the semi-empirical models. Methods and Results. For the upper mixed layer, the turbulent energy dissipation rate ɛ and the exchange coefficient were calculated using the velocity fluctuation spectra based on the Kolmogorov hypotheses on the turbulence spectrum inertial range. In the stratified layers, the turbulence coefficient and the dissipation rate were experimentally determined both from the spectra of the velocity horizontal fluctuations’ gradients and the vertical spectra of temperature fluctuations using the concept of the effective scale of turbulent spots. Depending on the features of the hydrological regime and the prevailing energy contributors to turbulence generation, five layers were identified and described (including their characteristic power dependences of the vertical turbulent diffusion coefficients K on the buoyancy frequency N) using the 1.5D-model of vertical turbulent exchange for the basin under study. For the stratified layers, the 1.5D-model results were comparatively analyzed with those of the other semi-empirical and theoretical models describing the most probable hydrophysical processes in each specific layer; the relations for the vertical turbulent exchange coefficient were obtained depending on the buoyancy frequency. Conclusions. Comparison of the experimental data collected under different hydrometeorological conditions with the simulations resulted from the known turbulence models for the sea upper layer showed that the best agreement between the simulation and measurement data was provided by a multiscale model taking into account three basic mechanisms of turbulence generation: current velocity shear, instability of wave motions, and wave breaking. The turbulent exchange coefficient dependencies on depth are conditioned by the affect of the turbulence dominant source at a given level. In the stratified layers, the exchange coefficient dependence on buoyancy frequency is determined by the hydrophysical processes in each layer; the relations obtained for individual layers indicate intensity of the contributions of vertical advection, internal wave breakings, turbulence diffusion and geothermal flux.

show abstract

Section: турбулентный обмен в стратифицированных слоях черного моряunclassified

Basic Regularities of Vertical Turbulent Exchange in the Mixed and Stratified Layers of the Black Sea

Samodurov¹,

Chukharev²,

Kazakov³

2021

MGZh

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…Для функционирования экосистемы это крайне важно. По существующим представлениям вертикальный обмен обеспечивается мелкомасштабной турбулентностью [1][2][3][4]. Однако в области пикноклина турбулентность сильно подавлена силами плавучести.…”

unclassified

Untitled

2021

MGZh

View full text Add to dashboard Cite

Цель. Исследовать вертикальный перенос импульса инерционно-гравитационными внутренними волнами на двумерном течении с вертикальным сдвигом скорости, изучить стоксов дрейф частиц жидкости и влияние на него среднего теченияцель данной работы. Методы и результаты. В приближении Буссинеска рассматриваются свободные внутренние волны в безграничном бассейне постоянной глубины при учете вращения Земли. Две компоненты скорости среднего течения зависят от вертикальной координаты. Уравнение для амплитуды вертикальной скорости имеет комплексные коэффициенты, поэтому собственная функция и частота волныкомплексные. Соответствующая краевая задача решается численно по неявной схеме Адамса третьего порядка точности. Частота волны при фиксированном волновом числе находится методом пристрелки. Получено, что мнимая часть частоты мала и может быть как отрицательной, так и положительной в зависимости от волнового числа и номера моды. Таким образом, возможно как слабое затухание, так и слабое усиление внутренней волны. Вертикальные волновые потоки импульса отличны от нуля и могут превышать соответствующие турбулентные потоки. Скорость стоксова дрейфа, поперечная к направлению волны, отлична от нуля и меньше продольной скорости. Вертикальная составляющая скорости стоксова дрейфа также отлична от нуля и на четыре порядка меньше продольной составляющей. Знаки вертикальной составляющей скорости стоксова дрейфа у волн с частотами 10 и 16 цикл/ч противоположны, так как знаки мнимой части частоты у них разные, а вертикальная составляющая скорости стоксова дрейфа пропорциональна мнимой части частоты волны. Выводы. Вертикальный волновой поток импульса у инерционно-гравитационных внутренних волн отличен от нуля при наличии течения, у которого компонента скорости, поперечная к направлению распространения волны, зависит от вертикальной координаты. Поперечная к направлению распространения волны компонента скорости стоксова дрейфа при этом отлична от нуля и меньше продольной. Вертикальная составляющая скорости стоксова дрейфа также отлична от нуля и может вносить вклад в формирование вертикальной тонкой структуры.Ключевые слова: внутренние волны, мнимая поправка к частоте, волновой вертикальный поток импульса, стоксов дрейф Благодарности: автор благодарен Н. О. Анкудинову за проведение численных расчетов при решении краевой задачи. Работа выполнена в рамках государственного задания по теме № 0827-2019-0003 «Фундаментальные исследования океанологических процессов, определяющих состояние и эволюцию морской среды под влиянием естественных и антропогенных факторов, на основе методов наблюдения и моделирования».

show abstract

“…0827-2018-0003 "Fundamental studies of oceanic processes conditioning state and evolution of marine environment being affected by natural and anthropogenic factors, based on observation and modeling methods". Вертикальная тонкая структура гидрофизических полей была открыта во второй половине двадцатого столетия после создания и дальнейшего совершенствования высокоразрешающей зондирующей аппаратуры [1][2][3][4]. Было обнаружено, что вертикальные профили температуры, солености очень изрезаны по вертикали (без инверсий плотности) и представляют собой «слоеный пирог» 1 .…”

unclassified

Generation of Vertical Fine Structure by the Internal Waves with the Regard for Turbulent Viscosity and Diffusion

Slepyshev¹,

Nosova²

2020

MGZh

View full text Add to dashboard Cite

Цель. Исследуется механизм формирования вертикальной тонкой структуры за счет вертикального переноса массы внутренними волнами при учете турбулентной вязкости и диффузии. Изучается влияние критических слоев на дисперсионные кривые внутренних волн. Методы и результаты. В приближении Буссинеска рассматриваются свободные инерционногравитационные внутренние волны в вертикально-неоднородном потоке при учете горизонтальной турбулентной вязкости и диффузии. Уравнение для амплитуды вертикальной скорости внутренних волн содержит малый параметр (в безразмерных переменных), пропорциональный значению горизонтальной турбулентной вязкости. Решение этого уравнения ищется в виде асимптотического ряда по этому параметру. В нулевом приближении однородная краевая задача второго порядка, определяющая вертикальную структуру моды, решается численно по неявной схеме Адамса третьего порядка точности для реальных профилей частоты Брента-Вяйсяля и скорости течения. При фиксированной частоте волны волновое число находится методом пристрелки. В первом порядке по указанному параметру полуоднородная краевая задача также решается численно по неявной схеме Адамса третьего порядка точности. Находится единственное решение, ортогональное решению соответствующей однородной краевой задачи. Из условия разрешимости этой краевой задачи определяется декремент затухания волны. Дисперсионные кривые первых двух мод испытывают обрезание в низкочастотной области (вторая мода на более высокой частоте), которое обусловлено влиянием критических слоев, где частота волны со сдвигом Доплера равна инерционной. Показано, что вертикальный волновой поток массы отличен от нуля и приводит к неосциллирующей на временном масштабе волны поправке к средней плотности-к тонкой структуре, генерируемой внутренней волной, которая имеет необратимый характер. Выводы. При учете горизонтальной турбулентной вязкости и диффузии вертикальный волновой поток массы отличен от нуля и приводит к генерации вертикальной тонкой структуры. Волновой поток массы превышает турбулентный. Вертикальные масштабы генерируемой вертикальной тонкой структуры соответствуют реально наблюдаемым. Ключевые слова: внутренние волны, волновой поток массы, тонкая структура, критические слои. Благодарности: работа выполнена в рамках государственного задания по теме № 0827-2018-0003 «Фундаментальные исследования океанологических процессов, определяющих состояние и эволюцию морской среды под влиянием естественных и антропогенных факторов, на основе методов наблюдения и моделирования».

show abstract

Structure-formation and Vertical Turbulent Exchange in the Coastal Area of the Sevastopol Region

Cited by 3 publications

References 6 publications

Basic Regularities of Vertical Turbulent Exchange in the Mixed and Stratified Layers of the Black Sea

Basic Regularities of Vertical Turbulent Exchange in the Mixed and Stratified Layers of the Black Sea

Untitled

Generation of Vertical Fine Structure by the Internal Waves with the Regard for Turbulent Viscosity and Diffusion

Contact Info

Product

Resources

About